INTRODUCTION GENERALE
De nos jours, dans le domaine automobile, les moteurs diesel
sont largement utilisés dans le monde en raison de leur haute
efficacité de combustion, fiabilité, adaptabilité et
rentabilité. Notamment, même ce type de moteur est utilisé
non seulement par des véhicules de transport mais aussi employé
dans les secteurs agricoles tels que les tracteurs, kibota,...etc.
En pratique, le développement du moteur à
combustion Interne a marqué un grand essor pour le monde entier, et plus
précisément celui-ci occupe une place importante dans la vie de
l'homme grâce à son adaptation et efficacité dans plusieurs
domaines que ce soit moteur diesel ou moteur à essence. Pourtant, il
existe plusieurs types de moteurs classés selon leur vitesse de piston
et le couple moteur. La condition d'utilisation nous impose le choix du type de
moteur adapté à notre besoin.
Dès fois, nous avons devant nous un MCI lent, alors que
nous avons besoin d'un MCI rapide. Le présent mémoire nous donne
une contribution à la conversion d'un MCI lent en MCI rapide (cas d'une
méthode classique) qui consiste dans un premier temps à
étudier le mouvement du piston, la suite de l'étude vise à
la performance du moteur.
Après cette brève introduction, le
déroulement de la rédaction s'organisera de la manière
suivante :
Dans un premier temps, nous allons voir les
généralités sur les moteurs à combustion interne
puis nous entamerons l'étude bibliographique. La troisième partie
est consacrée directement aux études analytiques suivies de
discussion et interprétation des résultats obtenus. Dans la
dernière partie, nous allons voir le volet environnemental avant de
conclure.
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l'obtention du diplôme grade Master
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PARTIE 1 : GENERALITES
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CHAPITRE I : NOTION SUR LES MOTEURS A COMBUSTION
INTERNE
I.1 Généralités sur les
MCI
La chaleur est produite par une combustion dans une chambre
à volume variable et elle est utilisée pour augmenter la pression
au sein d'un gaz qui remplit cette chambre (ce gaz est d'ailleurs initialement
composé du combustible et du comburant : air). Cette augmentation de
pression se traduit par une force exercée sur un piston, force qui
transforme le mouvement de translation du piston en mouvement de rotation
d'arbre (vilebrequin).
Les moteurs sont classés en deux catégories
suivant la technique d'inflammation du mélange carburant-air :
- Les moteurs à allumage commandé (moteur à
essence)
- Les moteurs à allumage par compression (moteur
diesel)
Dans les moteurs à allumage commandé, un
mélange convenable essence-air, obtenu à l'aide d'un carburateur,
est admis dans la chambre de combustion du cylindre où l'inflammation
est produite par une étincelle.
Dans les moteurs à allumage par compression, le
carburant est du gazole, on l'injecte sous pression dans la chambre de
combustion contenant de l'air, préalablement comprimé et chaud,
au contact duquel il s'enflamme spontanément. Ces moteurs sont
appelés moteur Diesel.
Les moteurs à allumage commandé et par
compression, sont des moteurs à combustion interne, car la combustion
s'effectue à l'intérieur du moteur.
Ces moteurs constituent actuellement la majorité des
unités de production de puissance mécanique dans beaucoup de
domaines, surtout de domaine de transports où ils se sont
particulièrement développés en raison de leurs avantages :
bon rendement, compacité fiabilité..., ceci explique l'extension
qu'on prit de nos jours l'industrie des moteurs et l'ensemble de ses branches
connexes dans tous les pays du monde.
I.2 Comparaison entre le moteur essence et moteur
diesel
On peut distinguer deux types de moteurs, le moteur à
allumage commandé et le moteur à allumage par compression. Le
moteur à essence et le moteur diesel font partie de la même
famille de machines thermiques. Néanmoins, ils ne présentent pas
les mêmes caractéristiques.
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La préparation du mélange carburé dans un
moteur à essence est dite quantitative car la masse de charge fraiche
introduite dans le cylindre moteur augmente certes quand on
accélère, cependant, le rapport entre la masse d'air introduite
et la masse de carburant est toujours la même. Autrement dit, le rapport
Air/fuel est constant quel que soit le régime du moteur (A/F~16). Par
contre, la préparation de la charge fraiche dans un moteur diesel est
dite qualitative car lorsque la vitesse de rotation augmente seule la
quantité de carburant injectée augmente et la masse d'air
introduite dans le moteur est théoriquement la même. Ainsi, le
rapport Air/fuel, c'est-à-dire la quantité du mélange
carburé, varie avec la variation du régime du moteur. En outre,
le moteur diesel développe un rendement thermique plus
élevé que celui développé par le moteur à
essence de même puissance.
Cependant, les applications sur des moteurs à 4 temps
sont toujours difficiles à réaliser mais restent à
performer.
|
Paramètres
|
Moteur à essence
|
Moteur diesel
|
|
Désignation
|
Moteur à allumage commandé par
bougie
|
Moteur à allumage par compression
|
|
Carburation
|
A l'extérieur par carburateur, par
injection
indirecte monopoint ou
multipoints.
A l'intérieur par injection
directe.
|
A l'intérieur par injection directe.
|
|
Allumage
|
Explosion d'une charge homogène
|
Auto-inflammation d'une
charge
hétérogène
|
|
Carburant
|
Fractions légères d'hydrocarbures
Octane
C8H18, Gasoline C8H17
|
Fractions lourdes d'hydrocarbures
Dodécane
C12H26, Heptane C7H16
|
|
Cylindrée
(cm3)
|
800,1000,1100,1200,1400,1600,1800
|
1500,1600,1800,1900,2000,2200
|
|
Piston
|
Plat
|
Creux
|
|
Formation
du mélange
|
Quantitative
|
Qualitative
|
|
Taux de
compressio
n
|
Faible entre 1 et 10
|
Elevé entre 15 et 23
|
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Turbulence
|
A limiter à cause de l'étincelle
|
A favoriser pour la préparation du
combustion
|
|
Corps
d'admission
|
Carburateur ou papillon motorisé +
starter pour
démarrage à froid
|
Système d'injection avec pompe à
injection ou
injecteur pompe
|
|
Cycle
théorique
|
Otto, Beau de Rochas
|
Cycle diesel
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Coefficient
d'excès
d'air
|
Entre 0,6 et 1,3
|
> 1
|
|
Flamme
|
Pré-mélange
|
Diffusion
|
|
Combustion
|
A volume constant
|
A pression constante
|
|
Puissance
|
Varie en fonction de la masse de la
charge introduite dans
le cylindre
|
Varie en fonction de la masse de
carburant injectée
dans la chambre
de combustion
|
|
Rendement
thermique
|
Fonction du taux de compression
|
Fonction du taux de compression et
du taux d'introduction
|
|
Pression en
fin de
compressio
n
|
Varie avec la variation de la masse
introduite (10~15
bar)
|
Ne varie pas (moteur atmosphérique) (20~30 bar)
|
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Tableau 1 : Comparaison entre le Moteur à Essence
et le Moteur Diesel Remarque :
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Le cycle Otto ne s'approprie pas au moteur diesel car il
conduit à des taux de compression excessivement élevés et
à une combustion incomplète et donc à un mauvais rendement
thermique.
I.3 Caractéristiques du moteur à combustion
interne Le nombre de cylindres Z
On dispose de moteurs monocylindriques tels que les moteurs
marins, les moteurs entrainant des génératrices, des pompes ou
compresseurs. On trouve aussi des moteurs poly-cylindriques avec 2 cylindres
jusqu'à 8, 12, 24 cylindres avec différentes configurations (en
ligne, en V ou bien en W). Certaines dispositions correspondent exclusivement
aux moteurs industriels tels que les groupes électrogènes et les
moteurs marins. Dans les applications motrices de véhicules
légers et de transport les configurations usuellement trouvés
sont soit en ligne soit en V.
Figure 1 : Disposition des cylindres
Le régime (vitesse de rotation du moteur) N en
tr/mn ou min-1
En pratique le régime du ralenti ~ 800 tr/mn pour les
moteurs à essence et ~ 900 tr/mn pour le moteur diesel.
Axe du cylindre
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Peut-être vertical (4 cylindres en ligne), horizontal ou
incliné (moteurs en V). Dans les moteurs d'avion on peut avoir plusieurs
cylindres en circonférence donnant une formation en étoile.
Le rapport course / alésage
(S/D)
Si le moteur dispose une architecture telle que le
diamètre d'alésage D est égal à la course S, on dit
que le moteur est carré ou à course normale. Dans les moteurs
à essence où S/D est inférieure à 1 le moteur est
dit super carré. Dans les moteurs diesel S/D est supérieur
à 1 le moteur est dit à course longue. D'une manière
générale S/D se situe entre 1,2 et 2 pour les moteurs à
gaz et le moteur diesel lent et S/D varie entre 0,7 et 1,3 pour les moteurs
diesel rapides.
Le coefficient d'embiellage (2= /
)
C'est le rapport du rayon de la manivelle sur la longueur de
la bielle telle que 2= 0,25 à 0,275 pour les moteurs à essence et
2= 0,25 à 0,263 pour les moteurs diesel.
Le diamètre d'alésage D
(cm) : C'est le diamètre du cylindre.
La course du piston S (cm) : C'est la
distance parcourue par le piston entre le Point Mort Haut et le Point Mort
Bas.
La cylindrée unitaire (en
cm3) : c'est le volume balayé par le piston entre le PMH et
le PMB
La cylindrée totale
(cm3) : c'est le volume de la cylindrée unitaire
multiplié par le nombre de cylindres.
Le volume au PMB (cm3) : c'est la somme du volume
de la cylindrée unitaire et du volume de la chambre de combustion.
Le volume au PMH (cm3) : c'est le volume de la chambre
de combustion délimité par la culasse, la tête du piston et
la chemise du cylindre.
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Le taux de compression volumétrique :
c'est le rapport entre le volume du cylindre quand le piston est
au point mort bas et le volume du cylindre quand le piston est au point mort
haut.
? =
Volume chambre de combustion (cm3) connaissant la
valeur du taux de compression volumétrique et la cylindrée
unitaire du moteur on peut déduire le volume mort ou le volume de la
chambre de combustion comme suit :
?
Voici un schéma qui récapitule cette
caractéristique interne du moteur :
Figure 2 : Caractéristique interne du
moteur
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